一、關(guān)鍵零部件對外依存度高制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展
機器人是機電一體化的智能制造裝備,集精密機械、控制技術(shù)、電機技術(shù)、傳感器技術(shù)等于一體,其較為重要的上游產(chǎn)品包括減速器、控制器、伺服電機、傳感器等關(guān)鍵零部件以及系統(tǒng)軟件、應用軟件等。其中,精密減速機、控制器、伺服系統(tǒng)以及高性能驅(qū)動器等關(guān)鍵零部件成本占到機器人整體生產(chǎn)成本的70%以上,關(guān)鍵零部件所涉及的技術(shù)含量高,在同類產(chǎn)品中具有較強的技術(shù)溢出性。
近年來,我國雖然已有部分企業(yè)在減速器、伺服電機和控制器等關(guān)鍵零部件的研制上有所突破,但技術(shù)方面與國外仍然存在一定差距。關(guān)鍵零部件在精度、可靠性等方面與國外產(chǎn)品相比缺乏競爭力,高端產(chǎn)品缺乏,進口依賴嚴重。同時,由于關(guān)鍵零部件的市場集中度,而我國本體廠商規(guī)模普遍偏小,在采購進口零部件時議價能力較弱,采購成本居高不下。對進口關(guān)鍵零部件的依賴使得國內(nèi)機器人生產(chǎn)企業(yè)失去很大比例的利潤空間,難以在國際競爭中勝出。
十三五期間,我國機器人產(chǎn)業(yè)應針對這一產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸和短板,著力突破核心技術(shù)制約,切實提高關(guān)鍵零部件國產(chǎn)化能力,夯實產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ),促進我國機器人產(chǎn)業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。
二、突破五大關(guān)鍵零部件提高核心競爭力
1、高精密減速器
機器人用精密減速器是控制機器人關(guān)節(jié)運動的核心部件,其精度高低直接決定了機器人操作的精細程度(包括定位精度和運動精度),是機器人產(chǎn)業(yè)鏈至關(guān)重要的應用環(huán)節(jié)。
機器人用減速器主要分為諧波減速器和RV減速器兩種。精密減速器技術(shù)開發(fā)難度較高,是純精密機械部件,要求較高的回轉(zhuǎn)精度、剛度和疲勞強度,對加工工藝技術(shù)和材料技術(shù)也提出了很高的要求。產(chǎn)品要求具有率、高精度、高可靠性、低重量、長期免維護性等。
在機器人用高精度減速器的研發(fā)和生產(chǎn)領(lǐng)域,日本具備優(yōu)勢,以納博特斯克、哈默納科、住友等企業(yè)為代表。其中,全球機器人行業(yè)70%以上的精密減速機被日本的納博特斯克和哈默納科兩家壟斷,ABB、FANUC、KUKA等國際主流機器人廠商的減速器也均由上述兩家公司提供。納博特斯克優(yōu)勢產(chǎn)品是RV減速機,哈默納科的優(yōu)勢產(chǎn)品是諧波減速機。日本納博精密減速機扭矩大且精度高,高剛性且抗震性強,尤其產(chǎn)品質(zhì)量保障期超長,2015年,納博斯特克精密減速機銷售額達到453億日元,營業(yè)利潤達到68億日元。
總的來看,國產(chǎn)減速器在額定扭矩和傳動效率等方面與國外產(chǎn)品差距較小,但在扭轉(zhuǎn)剛度、傳動精度等穩(wěn)定性和精度指標方面差距還比較明顯,由于材料和工藝水平等問題,耐疲勞強度方面差距也比較明顯。經(jīng)過近兩年發(fā)展,我國在諧波減速器的研制方面已經(jīng)取得突破,產(chǎn)品也趨于成熟,部分企業(yè)的諧波減速器已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn)并初步得到國內(nèi)市場的認可;但在RV減速器方面,由于其制造技術(shù)難度大,雖然國內(nèi)也有幾家廠商在研發(fā)銷售,但仍處于推廣試用階段,沒有真正實現(xiàn)國產(chǎn)化的批量生產(chǎn),國產(chǎn)化進程較為緩慢。
隨著我國工業(yè)機器人需求規(guī)模不斷擴大,國內(nèi)對高精密減速器的市場需求也在不斷提高,然而當前國內(nèi)精密減速器市場仍然被日本納博特斯克和哈默納科主導,且國內(nèi)外價差較大,使得自主品牌工業(yè)機器人產(chǎn)品缺乏市場競爭力。未來幾年,通過發(fā)展高強度耐磨材料技術(shù)、加工工藝優(yōu)化技術(shù)、高速潤滑技術(shù)、高精度裝配技術(shù)、可靠性及壽命檢測技術(shù)以及新型傳動機理的探索,發(fā)展適合機器人應用的率、低重量、長期免維護的系列化減速器,并實現(xiàn)規(guī)?;a(chǎn),是降低國產(chǎn)機器人成本、提升國際競爭力的重要環(huán)節(jié)。
2、高性能機器人專用伺服電機和驅(qū)動器
伺服電機用于驅(qū)動機器人的關(guān)節(jié),要求有功率質(zhì)量比和扭矩慣量比、高啟動轉(zhuǎn)矩、低慣量和較寬廣且平滑的調(diào)速范圍。驅(qū)動器是用來使機器人發(fā)出動作的動力機構(gòu),機器人驅(qū)動器可將電能、液壓能和氣壓能轉(zhuǎn)化為機器人的動力。
機器人專用伺服電機和驅(qū)動器是在普通通用伺服電機和驅(qū)動器的基礎(chǔ)上,根據(jù)機器人的高速、重載、高精度等應用要求,增加驅(qū)動器和電機的瞬時過載能力,增加驅(qū)動器的動態(tài)響應能力,進一步提高控制品質(zhì)。高性能伺服電機能夠使機器人跟隨外部指令進行人們所期望的運動,運動要素包括位置、速度和力矩。工業(yè)機器人精度要求高,使用的主要是高精度伺服電機;從電機種類上看,交流伺服電機占比較高。
目前全球高性能機器人專用伺服電機的主流供應商主要由日系、歐美系、臺灣和韓國等占主導,其中,歐系機器人的電機主要由倍福、倫茨、Lust、博世力士樂等公司提供,其特點是過載能力和動態(tài)響應好,驅(qū)動器開放性強,具有總線結(jié)構(gòu),但價格相對昂貴;日系主要由安川、松下、三菱、FANUC等公司提供,價格相對較低,但動態(tài)響應能力較差,開放性較差,且大部分只具備模擬量和脈沖控制方式??刂破鞯闹髁鞴讨饕绹腄eltaTau和Gail、英國的TRIO和中國的固高、步進等公司。
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